Нуклеация магнитных скирмионов на вырезе
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-2-192-200
Аннотация
Магнитные скирмионы считаются перспективными кандидатами для кодирования битов информации в устройствах беговой магнитной памяти. Запись информации в таких устройствах происходит путем создания скирмионов. Данная работа посвящена поиску подходов, позволяющих сделать этот процесс максимально энергоэффективным. Одним из факторов, влияющих на создание скирмионов, является геометрия трека, на котором происходит запись. Мы изучили влияние формы и размера вырезов на границах треков на энергетические барьеры зарождения скирмионов. Показано, что наличие неровностей на границе трека способствует генерации скирмионов и лучшим решением является глубокий узкий вырез. С другой стороны, скорость зарождения скирмионов меньше для гладких границ, и генерация скирмионов может быть подавлена их взаимодействием с границей трека, если размер выреза меньше радиуса скирмиона. Эти результаты могут быть использованы при разработке будущих устройств памяти на основе скирмионов.
Ключевые слова
Об авторах
М. Н. Поткина
Infochemistry Scientific Center, ITMO University
Россия
Россия
И. С. Лобанов
Faculty of Physics, ITMO University
Россия
Россия
Список литературы
1. Parkin S. S. P., Hayashi M., Thomas L. Magnetic domain-wall racetrack memory. Science, 2008, 320, P. 190–194.
2. Parkin S. S. P., Yang S.-H. Memory on the racetrack. Nat. Nanotechnol., 2015, 10, P. 195–198.
3. Tomasello R., Martinez E., Zivieri R., et al. A strategy for the design of skyrmion racetrack memories. Sci. Rep., 2014, 4, 6784.
4. Kang W., Huang Y., Zhang X., et al. Skyrmion-electronics: an overview and outlook. Proceedings of the IEEE, 2016, 104(10), P. 2040–2061.
5. Stier M., Strobel R., Krause S., et al. Role of impurity clusters for the current-driven motion of magnetic skyrmions. Phys. Rev. B, 2021, 103, P. 054420.
6. Zhu H., Xiang G., Feng Y., et al. Dynamics of elliptical magnetic skyrmion in defective racetrack. Nanomater., 2024, 14(3), P. 312.
7. Potkina M.N., Lobanov I.S., Uzdin V.M. Nonmagnetic impurities in skyrmion racetrack memory. Nanosystems: phys., chem., math., 2020, 11 (6), P. 628–635.
8. Reichhardt C., Reichhardt C. J. O., Milosevic M. V. Statics and dynamics of skyrmions interacting with disorder and nanostructures. Rev. Mod. Phys., 2022, 94, P. 035005.
9. Boulle O., Vogel J., Yang H., et al. Room-temperature chiral magnetic skyrmions in ultrathin magnetic nanostructures. Nat. Nanotechnol., 2016, 11, P. 449–454.
10. Heinze S., von Bergmann K., Menzel M., et al. Spontaneous atomic-scale magnetic skyrmion lattice in two dimensions. Nat. Phys., 2011, 7, P. 713–718.
11. Bessarab P. F., Mu¨ller G. P., Lobanov I. S., et al. Lifetime of racetrack skyrmions. Sci. Rep., 2018, 8, P. 3433.
12. Hagemeister J., Romming N., Bergmann K. V., Vedmedenko E. Y., Wiesendanger R. Stability of single skyrmionic bits. Nat. Commun., 2015, 6, P. 8455.
13. Koshibae W., Nagaosa N. Creation of skyrmions and antiskyrmions by local heating. Nat. Commun., 2014, 8, P. 5148.
14. Zhou Y., Iacocca E., Awad A. A., et al. Dynamically stabilized magnetic skyrmions. Nat. Commun., 2015, 6, 8193.
15. Romming N., Hanneken C., Menzel M., et al. Writing and deleting single magnetic skyrmions. Science, 2013, 341, P. 636–639.
16. Sampaio J., Cros V., Rohart S., Thiaville A, Fert A. Nucleation, stability and current-induced motion of isolated magnetic skyrmions in nanostructures. Nat. Nanotechnol., 2013, 8, P. 839–844.
17. Jiang W., Upadhyaya P., Zhang W., et al. Blowing magnetic skyrmion bubbles. Science, 2015, 349, P. 283–286.
18. Uzdin V.M., Potkina M.N., Lobanov I.S., Bessarab P.F., Jo´nsson H. The effect of confinement and defects on the thermal stability of skyrmions. Physica B: Condensed Matter., 2018, 549, P. 6–9.
19. Potkina M.N., Lobanov I.S., Uzdin V.M. Fine energy structure of a magnetic skyrmion localized on a nonmagnetic impurity in an external magnetic field. Physics of Complex Systems, 2020, 1 (4), P. 165–168.
20. Uzdin V.M., Potkina M.N., Lobanov I.S., Bessarab P.F., Jo´nsson H. Energy surface and lifetime of magnetic skyrmions. J. Magn. Magn. Mater., 2018, 459, P. 236–240.
21. Hanneken C., Kubetzka A., von Bergmann K., Wiesendanger R. Pinning and movement of individual nanoscale magnetic skyrmions via defects. New J. Phys., 2016, 18(5), P. 055009.
22. Potkina M. N., Lobanov I. S., Uzdin V. M. Nucleation and collapse of magnetic topological solitons in external magnetic field. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (2), P. 216.
23. Wang W., Song D., Wei W., et al. Electrical manipulation of skyrmions in a chiral magnet. Nat. Commun., 2022, 13, 1593.
24. Yu X. Z., Morikawa D., Nakajima K., Shibata K., Kanazawa N., Arima T., Nagaosa N., Tokura Y. Motion tracking of 80-nm-size skyrmions upon directional current injections. Sci. Adv., 2020, 6, P. eaaz9744.
25. Twitchett-Harrison A. C., Loudon J. C., Pepper R. A., Birch M. T., Fangohr H., Midgley P. A., Balakrishnan G., Hatton P. D. Confinement of skyrmions in nanoscale FeGe device-like structures. ACS Appl. Electron. Mater., 2022, 4 (9), P. 4427–4437.
26. Büttner F., Lemesh I., Schneider M., et al. Field-free deterministic ultrafast creation of magnetic skyrmions by spin–orbit torques. Nature Nanotech. 2017, 12, P. 1040–1044.
27. Iwasaki J., Mochizuki M., Nagaosa N. Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries. Nature Nanotech., 2013, 8, P. 742–747.
28. Koshibae W., Kaneko Y., Iwasaki J., Kawasaki M., Tokura Y., Nagaosa N. Memory functions of magnetic skyrmions. Jpn J. Appl. Phys., 2015, 54, P. 053001.
29. Behera A. K., Murapaka C., Mallick S., Singh B. B., Bedanta S. Skyrmion racetrack memory with an antidot. J. Phys. D: Appl. Phys., 2021, 54, P. 025001.
30. Suess D., Vogler C., Bruckner F., Heistracher P., Slanovc F., Abert C. Spin torque efficiency and analytic error rate estimates of skyrmion. Sci. Rep., 2019, 9, P. 4827.
31. Dutta S., Nikonov D. E., Bourianoff G., Manipatruni S., Young I. A., Naeemi A. Skyrmion nucleation via localized spin current injection in confined nanowire geometry in low chirality magnetic materials. 2018. arXiv: https://arxiv.org/abs/1801.10525.
32. Xu M., Zhang J., Meng D., Zhang Z., Jiang G. The influence of introducing holes on the generation of skyrmions in nanofilms. Phys. Lett. A., 2022, 433. P. 128034.
33. Fert A., Cros V., Sampaio J. Skyrmions on the track. Nat. Nanotechnol., 2013, 8 (3), 152.
34. Jiang W., Zhang W.; Yu G., et al. Mobile Ne´el skyrmions at room temperature: status and future. AIP Advances, 2016, 6, P. 055602.
35. Kang W., Huang Y., Zheng C. et al. Voltage controlled magnetic skyrmion motion for racetrack memory. Sci Rep, 2016, 6, 23164. https://doi.org/10.1038/srep23164
36. Morshed M. G., Vakili H., Ghosh A. W. Positional stability of skyrmions in a racetrack memory with notched geometry. Phys. Rev. Applied, 2022, 17, P. 064019.
37. Belrhazi H., El Hafidi M. Nucleation and manipulation of single skyrmions using spin-polarized currents in antiferromagnetic skyrmion-based racetrack memories. Sci. Rep., 2022, 12, 15225.
38. Weinan E., Ren W., Vanden-Eijnden E. String method for the study of rare events. Phys. Rev. B, 2002, 66, P. 052301.
Рецензия
Для цитирования:
Поткина М.Н., Лобанов И.С. Нуклеация магнитных скирмионов на вырезе. Наносистемы: физика, химия, математика. 2024;15(2):192-200. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-2-192-200
For citation:
Potkina M.N., Lobanov I.S. Nucleation of magnetic skyrmions at a notch. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2024;15(2):192-200. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-2-192-200
Просмотров:
10
Послать статью по эл. почте 